CN105841760B - 一种插入式电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种插入式电磁流量计。本发明由插入式流量传感器和转换器构成。插入式流量传感器由检测头、插入杆、安装法兰、接线盒组成；检测头和插入杆均为圆柱体，其中检测头的柱腔内装有励磁线圈、铁芯、引线及两对与流体接触的电极；插入杆一端与接线盒相连接，另一端与检测头相连接；安装法兰焊接在插入杆中上部，用于固定、密封插入式流量传感器；转换器输入端子与接线盒的输出端子相连接。本发明实现了插入式电磁流量计作为校准标准器对现场大口径流量计的在线校准。

Description

一种插入式电磁流量计

技术领域

本发明涉及一种用于现场大口径流量计在线校准的插入式电磁流量计及其流量测量模型。

背景技术

目前对现场大口径流量计进行在线校准时，通常采用外夹式超声波流量计作为校准标准器的标准表比对法或电参数检验法。然而，上述两种方法均不能很好的实现现场大口径流量计的“在线”校准，存在问题如下：①由于现场条件的限制，难以将作为校准标准器的外夹式超声波流量计的换能器在现场测量管道上安装到位。在现场测量管道上安装外夹式超声波流量计的换能器时，需要对现场管道的壁厚、外周长等进行准确测量，然后将测量得到的参数、被测介质类型、测量管道材质和安装方式等由超声波流量计的参数设置界面输入，超声波流量计根据输入的参数得出换能器的安装距离。根据得到的换能器安装距离，在测量管道上测量并确定换能器的安装位置，同时将换能器安装在测量管道上。由于现场条件很难保证测量参数(如外周长，现场一般的测量管道都涂有一定厚度的防锈漆，且防锈漆厚度难以确定，故难以准确测量测量管道的外周长)的准确性，导致现场测量得到并输入到超声波流量计参数设置界面的参数与实际有偏差，进而导致超声波流量计根据这些与实际有偏差的参数计算得到的换能器安装距离与实际产生偏差；另外，在测量管道上测量并确定换能器安装位置时，同样无法保证探头安装位置的准确性，从而导致探头安装距离再一次与实际产生偏差。这些安装偏差，将会对插入式超声波流量计的流量测量带来较大的不确定度，影响对现场大口径流量计的校准结果；②根据量值溯源重复性的要求，对现场大口径流量计的校准时，校准标准器必须具有较好的测量重复性，也即作为校准标准器的超声波流量计的必须具有较好的测量重复性。影响超声波流量计测量重复性的关键因素是换能器的安装，因此要保证超声波流量计具有较好的测量重复性，必须保证换能器安装具有较好的重复性，由于现场条件的限制，无法保证换能器的安装重复性，进而影响超声波流量计的测量重复性；③电参数检验法主要是通过测量影响现场大口径流量计计量性能的关键参数数的方法来检验流量计是否工作正常，只能确定流量计工作正常与否，无法确定电参数测量与流量测量值之间的函数关系，因此不能很好的实现现场电磁流量计的校准。

此外，现有技术条件下的插入式电磁流量计的测量电极一般为单对，要求安装时必须保证测量电极对与导电液体的流向垂直，才能根据法拉第电磁感应定律得到有效的感应电动势：E＝BVL，然后根据感应电动势、流速与流量之间的关系得到测量管道内导电液体的流量。如果在安装时测量电极对与导电液体的流向不垂直，即产生了不等于的夹角β，则测量得到的感应电动势变为：E′＝BVLsinβ，比较式E＝BVL和式E′＝BVLsinβ可以看出，由于安装产生的不等于的夹角β的存在，导致E>E′,也即只要测量电极对与导电液体的流向不垂直，产生的感应电动势就会减小。感应电动势减小将会大大影响插入式电磁流量计的流量测量的效果，甚至无法实现对流量的测量。通常情况下，由于现场安装条件的限制，很难将插入式电磁流量计的测量电极对安装到与导电液体流向垂直的位置，因此现有技术条件下的插入式电磁流量计存在着无法克服的缺陷，无法很好地满足作为校准标准器进行现场大口径流量计的校准，因此现有技术条件下的插入式电磁流量计也无法作为校准标准器实现标准表比对法完成对现场大口径流量计的校准。

由于外夹式超声波流量计、现有技术条件下的插入式电磁流量计作为校准标准器的标准表比对法或电参数检验法存在上述的诸多缺陷，因此均不能很好的实现现场大口径流量计的“在线”校准，因此急需一种新型的用于现场大口径流量计在线校准的校准标准器替代目前的外夹式超声波流量计、现有技术条件下的插入式电磁流量计作为校准标准器的标准表比对法或电参数检验法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于现场大口径流量计在线校准的插入式电磁流量计及其流量测量模型对现场大口径流量计进行在线校准。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：所提供的插入式电磁流量计包括检测头、插入杆、安装法兰、接线盒、两对电极对和转换器；检测头一端与插入杆相连接，另一端对称安装有两对与流体接触的测量电极对，且这两对电极对处在同一平面上；一对电极对中两个电极确定的直线与另一对电极对中两个电极确定的直线相互垂直；一对电极对中的两个测量电极之间的距离与另一对测量电极对中得两个测量电极之间的距离相等。检测头内腔中装有励磁线圈、铁芯、引线。插入杆一端与接线盒相连接，另一端与检测头相连接；安装法兰焊接在插入杆中上部。转换器通过导线与接线盒相连接，将两对测量电极对产生的感应电动势信号进行放大、处理，转换成测量管道内部两对测量电极对位置处的流速，再根据流速与流量的关系，得到测量管道内导电液体的流量，并进行显示。

本发明的有益效果是：根据两对测量电极对的布置方式，结合本发明中插入式式电磁流量计流量测量模型的推导过程，可以得出两对测量电极对产生电动势的合成跟测量电极对与导电液体流向所形成的夹角无关，也即两对测量电极对产生合成电动势与插入式电磁流量计安装角度无关。再结合式⑨可知，插入式电磁流量计对管道中导电液体进行流量测量得到的流量大小与插入式电磁流量计的安装角度无关。由此看出，该发明有效解决了现有技术条件下的插入式电磁流量计存在的无法克服的缺陷，可以较好的实现插入式电磁流量计对流量的测量。

附图说明

图1是本发明的插入式电磁流量计的结构图。

图2是本发明插入式电磁流量计中两对测量电极对的结构布置图。

图3是本发明插入式电磁流量计中两对测量电极对与流速方向的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明通过对外夹式超声波流量计、现有技术条件下的插入式电磁流量计作为校准标准器的标准表比对法或电参数检验法校准现场大口径流量计时凸显出的诸多局限性的分析，并通过建立数学模型的方式，发明了一种不受安装角度影响的插入式电磁流量计，可作为校准标准器实现对现场大口径流量计的在线校验。

如图1所示，本发明的插入式电磁流量计包括检测头1、插入杆2、安装法兰3、接线盒4、测量电极对51、测量电极对52、转换器6；所述的检测头1和插入杆2为圆柱体。所述的检测头1一端与插入杆2相连接，另一端对称安装有两对与流体接触的测量电极对51和测量电极对52；检测头1内腔中装有励磁线圈、铁芯、引线。所述的插入杆2一端与接线盒4相连接，另一端与检测头1相连接；所述的安装法兰3焊接在插入杆2中上部；如图2所示，所述的测量电极对51与测量电极对52安装在同一平面上，由测量电极对51中两个电极确定的直线与测量电极对52中两个电极确定的直线相互垂直，测量电极对51中两个测量电极之间的距离L₁与测量电极对52中两个测量电极之间的距离L₂相等，即L₁=L₂；所述的转换器通过导线与接线盒相连接，将测量电极51和测量电极对51产生的感应电动势信号进行合成、放大、处理，转换成测量管道内部测量电极对51和测量电极对51位置处的流速，再根据流速与流量的关系，得到测量管道内导电液体的流量，并进行显示。

如图3所示，利用发明的插入式电磁流量计对测量管道内导电液体进行流量测量时，如果测量电极对51中两个电极确定的直线与流速方向夹角为α，则测量电极对52中两个电极确定的直线与流量方向夹角为模型如下：

测量电极对51产生的电动势为：

E₁＝BV₁L₁sinα ①

式中，E₁为测量电极对51产生的电动势；B为磁场强度；V₁为测量电极对51位置处液体的流速；L₁为测量电极对51中两个测量电极之间的距离；α为测量电极对51中两个电极确定的直线与导电液体流向所形成的夹角。

由于测量电极对51中两个电极确定的直线与测量电极对52中两个电极确定的直线相互垂直，则测量电极对52产生的电动势为：

式中，E₂为测量电极对52产生的电动势；B为磁场强度；V₂为测量电极对52位置处液体的流速；L₂为测量电极对52中两个测量电极之间的距离。

由于测量电极对51和测量电极对52安装在同一平面上，故测量电极对51位置处液体的流速V₁与测量电极对52位置处液体的流速V₂相等，即V₁=V₂。

令L₁=L₂=L，V₁=V₂=V，则式①和式②可以变为：

E₁＝BVLsinα ③

由于故有

E₂＝BVLcosα ⑤

根据矢量叠加原理，本发明的插入式电磁流量计测量电极对51和测量电极对52产生的合成电动势可以表示为：

式中，E为测量电极对51和测量电极对51产生的合成电动势。

将式④和式⑤代入式⑥，可以得到：

E＝BVL ⑦

由式⑦可以得到：

如果插入式电磁流量计安装在截面积为S的管道上，则插入式电磁流量计对管道中导电液体进行流量测量的模型为：

式中，Q为管道中导电液体的流量；K为插入式电磁流量计的仪表系数。

式⑨为插入式电磁流量计对管道中导电液体进行流量测量的模型。

根据式⑦，结合测量电极对51和测量电极对52的布置方式，可以得到如下结论：测量电极对51和测量电极对52产生电动势的合成跟测量电极对51中两个电极确定的直线与导电液体流向所形成的夹角无关，也即测量电极对51和测量电极对52产生合成电动势与插入式电磁流量计安装角度无关。再结合式⑨可知，插入式电磁流量计对管道中导电液体进行流量测量得到的流量大小与插入式电磁流量计的安装角度无关。

本发明的有效解决了现有技术条件下的插入式电磁流量计存在的无法克服的缺陷，可以较好的实现插入式电磁流量计对流量的测量。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种插入式电磁流量计，其特征在于：包括检测头(1)、插入杆(2)、安装法兰(3)、接线盒(4)、第一测量电极对(51)、第二测量电极对(52)、转换器(6)；所述的检测头(1)和插入杆(2)为圆柱体；所述的检测头(1)一端与插入杆(2)一端相连接，另一端对称安装有与流体接触的第一测量电极对(51)和第二测量电极对(52)；检测头(1)内腔中装有励磁线圈、铁芯、引线；所述的插入杆(2)另一端与接线盒(4)相连接；所述的安装法兰(3)焊接在插入杆(2)中上部；转换器(6)通过导线与接线盒相(4)连接，将两对测量电极对产生的感应电动势信号进行合成、放大、处理，转换成测量管道内部两对测量电极对位置处的流速，再根据流速与流量的关系，得到测量管道内导电液体的流量，并进行显示；

所述的第一测量电极对(51)与第二测量电极对(52)安装在同一平面上；由第一测量电极对(51)中两个电极确定的直线与第二测量电极对(52)中两个电极确定的直线相互垂直；所述的第一测量电极对(51)中两个测量电极之间的距离L ₁与第二测量电极对(52)中两个测量电极之间的距离L ₂相等。